2020年一开年，新冠肺炎疫情来势汹汹，令人猝不及防。一时间，口罩成为了疫情防护的必需品，开展针对疫情防护材料的科研攻关迫在眉睫……在这场与病毒争夺生命的“战疫”中，北京大学深圳研究生院新材料学院有机光电团队与时间赛跑，充分利用北京大学深圳研究生院交叉优势学科和新材料学院国际联合研究中心（国家级研究中心）的平台、技术优势，领团队成员历时1个多月潜心研究，与多学科领域的生物和病毒专家、校友及航空联盟成员专家开展研讨，与深圳润贝化工有限公司合作，成功研发出系列高效抗菌可重复使用的环保口罩，为当下新型冠状病毒肺炎疫情防控提供有力保障。
勇担新冠肺炎疫情科研攻关责任
捐赠防疫物资，心系防控一线。在疫情爆发阶段，有机光电团队第一时间就与保持长期稳定合作的深圳市润贝化工有限公司联系，将前期共同研发生产的抗菌消毒液、免水洗航空洗手液、航空消毒液等防护物资捐赠到抗击疫情的武汉前线和深圳本地复工企业使用。
而面对口罩的需求量呈现爆发式增长，现有口罩产能严重不足，且都是一次性，不能重复使用的状况。从事新材料科技研发二十余年的新材料学院孟鸿教授感觉非常惋惜的同时，感受到有必要做点力所能及的事。 早在2019年10月，有机光电团队就想把具有超疏水与抗菌作用的高分子材料应用于口罩生产中。但是没有想到，科研技术转化没能赶上肺炎疫情发展速度。团队成员们意识到，务必尽全力攻克可用于重复使用和具有杀菌功能口罩核心层的高分子材料的研发难关。
图 1 孟鸿教授在展示口罩的结构及核心层
这一高效抗菌可重复使用的材料又是如何“跨界”应用到口罩生产领域的呢？前期研究发现一种高分子季铵盐材料作为有机太阳能电池的界面材料具有好的效果通过文献查阅发现这类材料有很强的杀菌消毒作用。所以就想结合疏水与消毒的概念制备具有双功能作用的口罩材料。有机光电团队一直以来就对分子结构有着很强的敏悦力，2月1日新闻报道吉利德在研药瑞德西（Remdesivir）（其结构式如图2所示）可能对新型冠状病毒有效时，有机光电团队下意识的搜索了相关药物基本信息，通过网上沟通并对结构式进行计算机模拟分析。结合前期课题团队OLED材料的结构，一个可能具有抗新型冠状病毒的分子结构就脑海中勾画出来。当新闻再次报道对新型冠状病毒可能有效的药物磷酸氯喹时，我们可以发现磷酸氯喹与团队设计的分子在空间结构上存在高度契合度。
图 2 瑞德西韦，OLED材料，构思的分子结构和磷酸氯喹分子结构
进一步通过对国内外相关文献资料调研发现，单链和双链季铵盐等对多种病菌病毒特别是呼吸道相关的传染性病菌病毒如 influenza（流感）、measles （麻疹）、rabies （狂犬病）、psittacosis（鸟热引起肺炎）等具备有效的杀菌防护性。
而有关单链和双链季铵盐对多种病菌病毒有效性也被《中国消毒杂志》报道有效果。有机光电团队查阅国外研究文献发现，MIT 团队早在 2008 年国际期刊《生物技术通讯》中，就有过对水溶性甲类流感病毒（Waterborne Influenza A,）相关的人禽类神经氨酸酶或唾液酸酶（Neuraminidase）如野生甲型类病菌人类流感武汉(Wuhan(H3N2)病毒，甲型禽类流感Turkey（H4N2）病毒都有 100%杀菌与预防效果的报道。与此同时，在2016年和2019年，中国学者研究了高分子聚合物对冠状病毒的影响，发现了其对流感病毒有杀伤作用，包括中东呼吸综合征（MERS）冠状病毒和猪流感紧急呼吸道病毒。证明了高分子季铵盐对病毒性的流感具有一定治疗作用。
基础研究为疫情防控提供科技支撑
新材料学院有机光电团队多年来一直致力于基础研究的同时积极推进科研成果转化，团队成员具备很强的科研成果产业化实践能力和丰富的工业界工作经验，十分注重环保意识。在疫情防控的巨大压力下，团队成员结合自己多年来一直从事有机光电材料设计合成的研发工作，和早期在北大化学院研究杂环化学和药物化学基础的熏陶。大胆创新设想，能不能把具有杀菌功能的高分子材料与强疏水性的高分子材料结合起来，制造具有强疏水和杀菌功能的熔喷无纺布？或用具有杀菌功能的材料对熔喷无纺布进行改良，使之具有杀菌功能。有了这个想法，团队成员们就行动起来。
作为“中国绿色催化专家智库”智库专家成员之一，近年来，有机光电团队积极响应支持西部建设并积极开展了对西部资源凹凸棒材料的开发与利用。也得到了同为凹凸棒土本身多孔性能对细菌的吸附作用及结合抗菌剂后可以增强抗菌和消灭病毒作用，同时对细菌的繁殖有一定程度的抑制作用，通过凹凸棒与功能高分子材料形成复合高分子薄膜或作为口罩的填充物，使口罩具有强的抗菌性能。对西部资源的有效开发利用，得到了吴云东、程津培等院士专家的大力支持。
基于功能高分子材料有良好的抗菌作用和含氟高分子材料具有强疏水易清洁的功效，团队成员将把具有杀菌功能的高分子前体材料与柔软无纺布材料自组装镀膜结合，与含氟高分子多孔纳米薄膜形成含有抗菌官能团和含氟强疏水性的高分子多孔薄膜材料添加凹凸棒形成复合材料达到多功能化抗菌，防护效果。也由于含氟高分子材料具有强的抗化学性能，可以对口罩进行清洁多次使用。易清洁可重复使用。
高效抗菌“最耐用”口罩为疫情防控助力
结合当前疫情防控的实际需要，新材料学院团队成员结合自己研发材料的属性特征，将其运用到口罩生产材料上，针对不同的使用场景和防护要求，研发出三种系列的口罩产品，供不同人群使用。
第一系列具备杀菌功能的口罩产品。其与现在市面上的产品结构类似，但具有杀菌功能。用具有杀菌功能的高分子材料或高分子复合材料对现阶段口罩的熔喷无纺布进行改性，或者在含氟纳米多孔薄膜基础上加上接枝具有杀菌功能的高分子材料片段和凹凸棒复合材料形成双功能膜，能对吸附在口罩上的细菌进行杀灭，起到阻隔、杀菌的双重作用。
第二系列超疏水可重复使用口罩，采用超疏水纳米级的薄膜作为阻隔层，薄膜材料具有很好的抗化学性， 高效率阻挡和可清洗重复使用。
第三系列超疏水可清洗重复使用抗菌口罩，不仅可以对尘埃，飞沫，细菌进行阻隔，不会因酒精，油污，湿气的环境而减低过滤效果，还能对吸附在口罩上的细菌进行杀害，并且易清洗可重复长效使用，寿命长，一个可抵20个进口N95口罩。
据了解，此次成功研发出的系列高效抗菌可重复使用环保口罩采用纳米纤维微孔薄膜技术进行物理阻隔，可阻隔0.075微米（75纳米）粒子（带静电及油性都行）病毒，材料使用具有含凹凸棒和高分子季铵盐杀菌作用的材料，较现阶段使用的的静电无纺布口罩（3M，N95）、活性碳口罩（3M）、纳米银口罩相比，具有突出的杀灭病菌作用，同时可抗湿气，抗油烟、二手烟，抗血液穿透，长时间佩戴舒适无异味，可反复使用，耐水洗，储存时间性长达十年。
据新材料学院孟鸿教授介绍，系列高效抗菌可重复使用环保口罩投入疫情防疫工作，能够有效地提高疫情防控效率，减少口罩资源的浪费，从而达到社会效益和经济效益双赢。截止目前，系列高效抗菌可重复使用环保口罩的相关材料验证工作还在进行，第三方验证也在同步进行，多个企业对此项目充满了信心。希望能够得到政府、科研机构和市场更多的支持与帮助，争取早日量产，为疫情防控助力。
（图文 姚大伟、贺耀武）
